發(fā)布時間：2017-09-09 01:50

  本文關鍵詞：基于石墨烯的太赫茲輻射理論及方法研究

  更多相關文章： 太赫茲 石墨烯 Cherenkov輻射 光子晶體

【摘要】：太赫茲波是波長介于0.03mm~3mm,相應頻率介于0.1~10THz之間的電磁波,是連接電子學與光子學的關鍵波段,在科學技術上具有突出的應用價值。石墨烯作為一種新型的二維單晶材料,是目前物理科學和材料科學領域研究的重點,石墨烯以其優(yōu)異的光學耦合、電子輸運、電磁學和其它新奇的性質而備受青睞。石墨烯具有眾多的新穎物理現(xiàn)象和應用潛能,其中在THz科學上的應用前景尤為廣闊。由于本身電子和空穴無間隙的線性能級結構使得石墨烯在THz頻段擁有很好的負電導率特性以及可作為THz源和放大的材料。本文研究的主要內容包括:闡述了基于石墨烯太赫茲輻射的物理機制,對石墨烯表面等離子體、Cherenkov輻射和光子晶體的傳輸特性三個相關部分做了必要討論。對數值模擬的方法進行了詳細介紹和分析,選用直接求解Maxwell方程組的方法解決Cherenkov輻射問題,對比了時域有限差分法、平面波展開法和傳輸矩陣法,優(yōu)選傳輸矩陣法來計算光子晶體能帶結構。分析了石墨烯的電磁特征、電子束的移動速度、以及光子晶體的空間結構對輻射頻率的影響。其中石墨烯的費米能級與石墨烯表面等離子體的頻率成正比,調節(jié)光子晶體的填充率可獲得7~18THz的調頻范圍,而調節(jié)電子束的移動速度能獲得8.8~9.4THz的調頻范圍。從能量守恒的角度出發(fā),闡述了輻射能量來自于電子束能量損耗的機制,并由此對輻射能量進行了數值求解。當υ/c=0.0432時,輻射能量達到最大,若取電子束的電荷密度ρ=100pC/cm,輻射能量可達到10-3μJ/cm2量級。
【關鍵詞】：太赫茲 石墨烯 Cherenkov輻射 光子晶體
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O441.4;O613.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 課題背景9-15
• 1.1.1 太赫茲波及其應用9-10
• 1.1.2 太赫茲波的產生方法10-12
• 1.1.3 基于石墨烯的太赫茲源研究進展12-15
• 1.2 石墨烯的基礎知識15-17
• 1.2.1 石墨烯簡介15-16
• 1.2.2 石墨烯的制備16-17
• 1.3 論文的主要內容和創(chuàng)新點17-19
• 第二章 石墨烯表面等離子體的電磁特性19-27
• 2.1 石墨烯的原子結構19-21
• 2.2 石墨烯的能帶結構21-23
• 2.3 石墨烯的表面等離子體色散曲線23-25
• 2.4 本章小結25-27
• 第三章 Cherenkov輻射基本原理27-37
• 3.3 Cherenkov輻射概述27
• 3.4 求解Cherenkov輻射場的方法27-32
• 3.4.1 Green函數法27-30
• 3.4.2 Maxwell方程法30-32
• 3.5 Cherenkov輻射能流密度32-33
• 3.6 色散介質中的Cherenkov輻射33-36
• 3.6.1 頻率色散介質中的Cherenkov輻射33-35
• 3.6.2 空間色散介質中的Cherenkov輻射35-36
• 3.7 本章小結36-37
• 第四章 基于石墨烯的太赫茲輻射源37-52
• 4.1 光子晶體能帶結構的計算37-45
• 4.1.1 時域有限差分法37-39
• 4.1.2 平面波展開法39-41
• 4.1.3 傳輸矩陣法41-45
• 4.2 輻射模型45-50
• 4.2.1 普通硅質基底模型45-47
• 4.2.2 光子晶體基底模型47-50
• 4.3 輻射能量50-51
• 4.4 本章小結51-52
• 第五章 總結與展望52-53
• 參考文獻53-57
• 發(fā)表論文和科研情況說明57-58
• 致謝58-59

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